[發(fā)明專利]一種360°踏面圖像檢測系統(tǒng)及其檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510597904.1
• 申請日: 2015-09-18
• 公開（公告）號: CN105203552A
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石崢映;莊明磊;曹雷;黎寧;田裕鵬;梅勁松;王輝平;蔣銀男
• 申請（專利權(quán)）人: 南京拓控信息科技有限公司;南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 張?zhí)K沛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及列車圖像采集技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種360°踏面圖像檢測系統(tǒng)及其檢測方法。

背景技術(shù)

在交通日益發(fā)達(dá)的今天，鐵路運(yùn)營里程不斷擴(kuò)大，年客運(yùn)量飛速增長，促使我國成為鐵路運(yùn)營大國。隨著其運(yùn)營速度的不斷提高，且覆蓋面廣、載客量大，鐵路已成為國民主要交通運(yùn)輸工具之一。列車輪對是列車運(yùn)行部件中重要的部分，輪對的工作狀態(tài)將會直接影響到貨車的運(yùn)行速度和安全，輪對出現(xiàn)問題會造成難以想象的后果，列車維修人員必須及時檢測輪對狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)輪對問題，更換超限輪對，從而避免貨車事故的發(fā)生。輪對最重要的一個狀態(tài)參數(shù)就是踏面損傷，踏面損傷大小對車輪壽命影響最大。傳統(tǒng)的車輪踏面損傷檢測方法是人工手動檢測，人工檢測不僅存在效率低、精度低、勞動強(qiáng)度高等缺陷，而且檢測過程不可避免會引入測量者人為因素，直接影響檢測精度和可靠性，因此迫切需要動態(tài)檢測車輪踏面損傷的設(shè)備，實(shí)時獲取車輪踏面參數(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測車輪狀態(tài)的目標(biāo)。目前國內(nèi)外在車輪踏面損傷檢測與識別算法方面研究較多，大多是按照圖像預(yù)處理、損傷定位和檢測等算法步驟進(jìn)行。

目前針對車輪踏面損傷檢測與識別已經(jīng)采用的圖像預(yù)處理方法有：圖像裁剪、圖像增強(qiáng)、平滑去噪、圖像分割等方法(謝子方.基于機(jī)器視覺的列車輪對踏面擦傷檢測技術(shù)研究.廣東工業(yè)大學(xué).2007；宋志明.列車車輪踏面擦傷圖像檢測算法研究.碩士學(xué)位論文.2012,5；戴沖，姜向東.車輪踏面擦傷檢測[J].儀器儀表用戶.2007,14(5):95-96)。

圖像裁剪：圖像預(yù)處理首先對圖像裁減運(yùn)算，獲得擦傷實(shí)測區(qū)域部分圖像。裁剪后大大消減了圖像的冗余信息，減少了圖像處理運(yùn)算量。

圖像增強(qiáng)：常用方法有空域增強(qiáng)法、頻域增強(qiáng)法、小波變換增強(qiáng)法。

平滑去噪：濾除干擾噪聲，常用方法有：高斯平滑、中值濾波、均值濾波等。

圖像分割：常用區(qū)域分割與邊緣提取方法，將待檢測目標(biāo)檢測出來。

目前針對車輪踏面損傷檢測與識別已經(jīng)采用的損傷定位方法有：

(1)基于踏面邊緣線掃描搜索的擦傷定位方法(田麗麗，方宗德，趙勇.鐵路貨車車輪踏面?zhèn)麚p檢測中剝離與擦傷定位方法[J]，鐵道學(xué)報，2009，31(5)：31-36)，算法如下：

1、根據(jù)得到的踏面邊緣線，從左到右依次平移一個像素，每次平移得到一條掃描線，最終得到覆蓋踏面區(qū)域的所有掃描線；

2、標(biāo)示掃描線上跳變點(diǎn)；

3、統(tǒng)計掃描線上相鄰跳變點(diǎn)之間的像素數(shù)目，找出擦傷線；

4、返回2，直到覆蓋踏面的所有掃描線均已處理，結(jié)束循環(huán)。

(2)基于灰度矩的亞像素邊緣定位法(謝子方.基于機(jī)器視覺的列車輪對踏面擦傷檢測技術(shù)研究.廣東工業(yè)大學(xué).2007)；

(3)基于特征點(diǎn)水平投影的裁剪法(宋志明.列車車輪踏面擦傷圖像檢測算法研究.碩士學(xué)位論文.2012,5；高向東，謝子方，趙傳敏.基于結(jié)構(gòu)光視覺傳感的輪對踏面擦傷快速檢測[J].鐵道學(xué)報，2008,30(2)：23-27)；

(4)基于小波信號定位(戴沖，姜向東.車輪踏面擦傷檢測[J].儀器儀表用戶.2007,14(5):95-96)等方法。

目前針對車輪踏面損傷檢測與識別已經(jīng)采用的損傷檢測方法有：

目前國內(nèi)外車輪踏面檢測方法主要分為兩類：靜態(tài)檢測和動態(tài)檢測。靜態(tài)檢測是指在列車靜止(如檢修)時進(jìn)行的檢測。該法檢測精度高，但占用機(jī)車車輛的周轉(zhuǎn)時間，且過程復(fù)雜(檢修時，機(jī)車車輛需解體)。動態(tài)檢測是指在機(jī)車行進(jìn)時進(jìn)行的測量。該法與靜態(tài)檢測同步發(fā)展，自動化程度高，不占用機(jī)車車輛的周轉(zhuǎn)時間，效率高。具體方法分類為詳見文獻(xiàn)(張渝、王黎、高曉蓉。國內(nèi)外車輪踏面檢測技術(shù)綜述[J].機(jī)車車輛工藝，2002(1):1-4)。

輪對踏面擦傷檢測實(shí)際上是對提取特征后的圖像進(jìn)行識別，進(jìn)一步獲取該特征所反映的實(shí)體信息—即擦傷的面積和深度(黃熙.基于圖像處理與機(jī)器視覺的車輛輪對踏面檢測技術(shù)研究.中南大學(xué).2002)。常用的方法有：

(1)激光位移傳感器法：此方法主要使用了先進(jìn)激光位移傳感技術(shù)，通過激光傳感器往復(fù)掃描踏面，生成踏面數(shù)字矩陣，再對矩陣進(jìn)行分析、處理得到車輪踏面的擦傷情況。對踏面數(shù)據(jù)依次進(jìn)行實(shí)際偏差獲取、插值和對準(zhǔn)、濾波去噪、擦傷區(qū)域分割，最后顯示得到三維立體的擦傷區(qū)域圖；

(2)圖像檢測法：通過高速數(shù)碼攝像頭獲取車輪的圖像，再由計算機(jī)進(jìn)行圖像還原或邊緣提取等數(shù)據(jù)處理，然后通過與標(biāo)準(zhǔn)輪緣幾何尺寸進(jìn)行比對，測出車輪的擦傷大小。高速攝像頭的安裝方式有車載和地面安裝兩種，因此具體的數(shù)據(jù)處理過程也有所差異；